Convección natural
Configuración geométrica
Orientación
Variación de T
Propiedades termofísicas
En la Tabla 1-5 se dan valores típicos de h:
Representa la razón entre la fuerza de empuje y la fuerza viscosa que actúan sobre el fluido, rige el régimen de flujo en la convección natural.
El papel que desempeña el número de Reynolds en la convección forzada se ve impactado por el número de Grashof.
Como tal este número, proporciona el criterio principal en la determinación de si el flujo de fluido es laminar o turbulento en la convección natural.
NÚMERO DE GRASHOF
Ҫengel, Y. A. (2007). Transferencia de calor y masa (3ª ed.). México: McGraw-Hill.
g = Aceleración gravitacional. [ ] m/s2
β = Coeficiente de expansión volumétrica, 1/K. (β=1, para los gases ideales)
Ts= Temperatura de la superficie. [ ] °C
T = Temperatura del fluido en el ambiente. [ ] °C
Lc= Longitud característica de la configuración geométrica. [ ] m
v= Viscosidad cinemática del fluido. [ ] m2/s
NÚMERO DE RAYLEIGH
La transferencia de convección natural sobre una superficie depende mucho de la configuración geométrica de ésta, así como de su orientación. Además de la variación de la temperatura sobre la superficie y de las propiedades del fluido que interviene.
En algunas de las correlaciones para convección natural, interviene el numero de Rayleigh (Ra), el cuál es producto del número de Gr y el Pr.
Determina el régimen de flujo en este tipo de convección, de acuerdo a las características ya mencionadas.
STANTON (St)
Características:
Para una configuración geométrica dada, el número de Nusselt promedio en la convección forzada depende de los números de Reynolds y de Prandtl, en tanto que el número promedio de Sherwood depende de los números de Reynolds y de Schmidt.
Por lo tanto, puede obtenerse el número de Sherwood a partir de la expresión del número de Nusselt, simplemente al reemplazar el número de Prandtl por el de Schmidt.
La transferencia de calor a través de la capa de fluido será por convección cuando ésta última tenga algún movimiento y por conducción cuando esté inmóvil.
Es aquí donde se aplica el Nu, representa el mejoramiento de la transferencia de calor a través de una capa de fluido como resultado de la convección en relación con la conducción a través de la misma capa.
Entre mayor sea el número de Nusselt, más eficaz es la convección.
Sí el número de Nu=1; para una capa de fluido representa transferencia de calor a través de ésta por conducción pura.
Es muy común en la práctica quitar las dimensiones del coeficiente de transferencia de calor (h) con éste número. Que se define como:
NÚMERO DE NUSSELT
Dónde:
h= Es el coeficiente de transferencia de calor por convección.
Lc= Es la longitud característica.
k= La conductividad térmica del fluido.
NÚMEROS ADIMENSIONALES CONVECCIÓN NATURAL.
NÚMERO DE REYNOLDS
Es la razón de las fuerzas de inercia a las fuerzas viscosas en el fluido.
Densidad (ρ): kg/m³
Diámetro (D): m
Velocidad (V): m/s
Viscosidad dinámica (µ): Pa·s = kg·m 1·s 1
Flujo laminar >2100
Flujo turbulento <10000
NÚMERO DE PRANDTL
Relaciona la difusividad molecular de la cantidad de movimiento sobre la difusividad molecular del calor.
0.01< para metales líquidos
Hasta 100,000 para los aceites pesados
NÚMERO DE BIOT
Es un número adimensional utilizado en cálculos de transmisión de calor en estado transitorio.
Donde:
h: es el coeficiente de transferencia de calor en la superficie en W/m2*k también llamado coeficiente de película.
L: es una longitud característica en m, definida generalmente como el volumen del cuerpo dividido por su superficie externa total.
k: es la conductividad térmica de material del cuerpo W/m*k
NÚMERO DE FOURIER
Caracteriza la conducción de calor.
Relación entre la velocidad de la conducción y la velocidad de almacenamiento de energía.
Donde:
α: es la difusividad térmica. (m2/s)
t: es el tiempo característico. (s)
L: es la longitud a través de la que la conducción de calor ocurre. (m)
* CORRELACIONES EN CONVECCIÓN NATURAL *
Corriente de convección natural
Transferencia de calor por convección natural
Para tomar en consideración la variación de las propiedades del fluido con la temperatura, las propiedades suelen evaluarse a una "Temperatura de película", que se calcula:
Para un flujo sobre una placa plana se tiene que el régimen es:
Laminar: Re > 1x105, Turbulento Re > 3x106.
Para determinar el número de Nusselt se pueden emplear las siguientes relaciones:
La relación de Churchill y Ozoe es aplicable para todos los números de Prandtl con un error aprox. de 1%.
BIBLIOGRAFÍA
Kern, D. Q. (1998). Procesos de transferencia de calor. 2° Edición. México: C.E.C.S.A.
Holman, J. P. (1999). Transferencia de calor. México: C.E.C.S.A.
Ҫengel, Y. A. (2007). Transferencia de calor y masa. 3ª edición. México: McGraw-Hill.
La convección forzada externa es el mecanismo de transferencia de calor entre alguna superficie y un fluido, el cual circula alrededor de la superficie de estudio y fluye como consecuencia de alguna fuerza mecánica o física que ocasiona su movimiento.
CONVECCIÓN FORZADA EXTERNA
El flujo de un fluido se clasifica como interno o externo, dependiendo de si se fuerza ese fluido a fluir en un canal confinado o sobre una superficie.
Las condiciones durante este proceso afectan la transferencia de calor y este efecto aparece en el número de Nusselt.
La convección es el modo de transferencia de energía entre una superficie sólida y el fluido adyacente que está en movimiento.
Entre más rápido es el movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor por convección.
Forma usual de las correlaciones
Los valores de las constantes C y n dependen de la configuración geométrica de la superficie y del régimen de flujo
El valor de la constante C normalmente es menor que 1.
Todas las propiedades del fluido deben evaluarse a la temperatura de película Tf= (Ts+T )/2.
Ҫengel, Y. A. (2007). Transferencia de calor y masa (3ª ed.). México: McGraw-Hill.
* CORRELACIONES EN CONVECCIÓN FORZADA *
En la práctica con frecuencia se encuentra el flujo que pasa a través de cilindros y esferas. Por ejemplo, los tubos en un intercambiador de calor de coraza y tubos involucran flujo interno, por los tubos, y flujo externo, sobre éstos, y los dos flujos deben considerarse en el análisis del intercambiador.
Para el número de Nusselt promedio en lo relativo al flujo cruzado sobre un cilindro, se presenta la ecuación propuesta por Churchill y Bernstein:
* NÚMEROS ADIMENSIONALES *
COEFICIENTES DE PELÍCULA (h)
El coeficiente de película representa la razón de la transferencia de calor entre una superficie sólida y un fluido por unidad de área superficial por unidad de diferencia en la temperatura.
Además, indica la razón o velocidad a la cual los fluidos que tienen una variedad de propiedades físicas y bajo diferentes grados de agitación, transfieren calor.
Anguiano Chávez Víctor Hugo 12041058
Contreras Hinojosa Ilse Ivette 12041068
Guerrero Medrano Daniel 12041080
Leyva Sánchez Dora Nely 12041088
Villalobos Rueda Juan Francisco 12041109
INSTITUTO TECNOLOGICO DE
DURANGO
Ingeniería Química
PROCESOS DE SEPARACION II
UNIDAD 1: TRANSFERENCIA DE CALOR
*COEFICIENTES DE PELICULA*
Catedrático: Ing. Eduardo Porras Bolívar
El coeficiente de película depende de diferentes parámetros como:
Tipo de convección (forzada o natural).
Régimen del fluido (laminar o turbulento).
Velocidad del flujo.
Viscosidad del fluido.
Densidad del fluido.
Temperatura.
Conductividad térmica del fluido.
Calor específico del fluido
Forma de la superficie de intercambio.
Rugosidad de la superficie de intercambio
Convección
Natural
Forzada
Transferencia de calor por medio del movimiento de una masa fluida, tal como el aire o el agua
El fluido se mueve debido a cambios de densidad que resultan del cambio de la temperatura
Se obliga al fluido a fluir mediante medios externos, como un ventilador o una bomba.
Externa
Interna
INTRODUCCIÓN.
COEFICIENTES DE PELÍCULA.
NÚMEROS ADIMENSIONALES.
Reynolds (Re)
Número de Prandtl (Pr)
Número de Biot (Bi)
Número de Fourier (Fo)
Número de Nusselt (Nu)
Número de Grashof (Gr)
Número de Rayleigh (Ra).
CORRELACIONES EN CONVECCIÓN NATURAL
CORRELACIONES EN CONVECCIÓN FORZADA
BIBLIOGRAFÍA.
CONTENIDO TEMÁTICO.
Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
08/09/2015
Nº
Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
08/09/2015
Nº
08/09/2015
Nº
Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
08/09/2015
Nº
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
08/09/2015
Nº
Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
08/09/2015
Nº
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
08/09/2015
Nº
Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
Haga clic para modificar el estilo de subtítulo del patrón
08/09/2015
Nº
Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
08/09/2015
Nº
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Haga clic en el icono para agregar una imagen
08/09/2015
Nº
Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
08/09/2015
Nº
Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrón
Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
08/09/2015
Nº
Convección natural
Configuración geométrica
Orientación
Variación de T
Propiedades termofísicas